GENÇL‹K VE BARINMA

mento

O tratamento térmico de precipitação ou envelhecimento tem por objetivo produzir uma Ąna dispersão de precipitados endurecedores submicroscópicos na matriz a partir da solução sólida supersaturada, por mecanismos de difusão auxiliados pela alta concentração de lacunas resultantes do tratamento de solubilização. Tal tratamento pode ser natural ou artiĄcial (HUNSICKER et al., 1984; FRANSSON, 2009)

As ligas de alumínio que podem ser envelhecidas são aquelas onde a solubilidade de um ou mais elementos de liga diminui com a queda da temperatura. Essas ligas pertencem às séries 2XXX, 6XXX e 7XXX, sendo algumas ligas da série 8XXX capazes de envelhecer também (ZANGRANDI, 2008).

O tratamento térmico de precipitação ou endurecimento por envelhecimento é pro- duzido por transformações de fases produzindo uma dispersão uniforme de precipitados que podem ser cisalhados pelas discordâncias. Se essa dispersão de fases é não-deformável, o mecanismo de endurecimento é chamado de endurecimento por dispersão. O envelheci- mento na temperatura de 100 ◇C a 260◇C é chamado de envelhecimento artiĄcial porque

a liga é tratada para produzir a precipitação. O envelhecimento natural, ocorre quando uma liga envelhece a temperatura ambiente, onde a taxa de endurecimento varia de uma

liga para outra. As propriedades das ligas são intrinsecamente dependentes da tempera- tura e tempo de envelhecimento. Usando temperaturas de envelhecimento mais baixas, há promoção de propriedades mais uniformes nos materiais tratados (FRANSSON, 2009).

Esse processo envolve várias etapas, que são: i) solubilização, ii) resfriamento rápido e iii) o envelhecimento natural ou artiĄcial, como mostrado na Figura 3.

(a) (b)

Figura 3 Ű Representação esquemática que mostra operações para aumentar resistência e dureza dessas ligas de alumínio (a) e em (b), variação da microestrutura com o resfriamento a partir do campo monofásico Ð para uma liga binária Al-Cu . Em Ş1Ť, o material é aquecido até a região Ð, de Ş1Ť para Ş2Ť sofre um resfriamento brusco, mantendo a estrutura Ð à temperatura ambiente em Ş2Ť, na forma de uma solução sólida supersaturada. De Ş2Ť para Ş3Ť o material sofre aumento de temperatura, formando precipitados 𝜃 na matriz em Ş3Ť, que causam o aumento da resistência mecânica no material.

Inicialmente a dureza e resistência aumenta com o tempo e tamanho das partículas precipitadas até se atingir um máximo. Depois desse ponto, o envelhecimento promoverá um decréscimo de resistência e dureza, que é chamado de superenvelhecimento (FRANS- SON, 2009). Kirman (KIRMAN, 1971) mostrou que o tamanho médio das partículas precipitadas é função do tempo de envelhecimento e temperatura. Para uma liga de alu- mínio 7075 em um tratamento de envelhecimento a uma temperatura de 177 ◇C durante

10h, o tamanho médio de partículas era próximo de 800 angstrons; já para a mesma liga tratada em uma temperatura de 120 ◇C durante o mesmo tempo, o tamanho médio era

de 200 angstrons.

A velocidade de precipitação das ligas de alumínio depende da composição e da temperatura de envelhecimento utilizada. Temperaturas mais altas promovem uma rápida precipitação, consequentemente um alcance mais rápido no ponto de máxima resistência. Isso foi mostrado por Lin et.al., (LIN et al., 2013) em que o ponto máximo de dureza com temperatura de envelhecimento de 200 ◇C, para a liga 2024, é atingido próximo de 3h;

dureza de 200 ◇C em 24h; já utilizando uma temperatura de 150◇C, não houve mudança

signiĄcativa na dureza em tempos de até 25h (Figura 4).

Figura 4 Ű Efeito da temperatura na curva de envelhecimento da liga 2024-T3 (LIN et al., 2013).

Kaçar e Güleryüz (KAÇAR; GÜLERYÜZ, 2015) mostraram que a dureza versus tempo de envelhecimento para uma liga 7075 com temperatura de 145 ◇C, o ponto de

máxima dureza se deu próximo de 12h (Figura 5).

Figura 5 Ű Dureza versus tempo de envelhecimento para a liga 7075 na temperatura 145

◇C (KAÇAR; GÜLERYÜZ, 2015, adaptado).

O envelhecimento natural não é um tratamento comum que se utiliza como pro- cesso industrial. Isso porque as ligas que passam por esse processo não atingem uma condição completa de estabilidade, além de exigirem longos tempos de tratamento. Por exemplo, a liga 2024 pode ser estabilizada após quatro dias de envelhecimento natural, mas a liga 7075 e outras da série 7XXX continuam envelhecendo indeĄnidamente na

temperatura ambiente, dessa forma não são usadas nessa condição, já que acarreta mu- danças de propriedades com o tempo, que podem fugir dos valores estipulados no projeto mecânico (ZANGRANDI, 2008).

Para as ligas da série 7XXX, o intervalo de tempo de permanência na temperatura ambiente, antes do início do tratamento de precipitação, é um outro parâmetro impor- tante, que varia de acordo com a composição da liga e, deve ser considerado, pois esses períodos especíĄcos de atraso se não forem observados, reĆetem numa redução brusca da tensão de escoamento e da resistência à tração da liga, após o tratamento de precipitação artiĄcial (HUNSICKER et al., 1984).

Assim, por exemplo, o tempo de permanência na temperatura ambiente para uma liga 7075 solubilizada, não poderá ultrapassar quatro horas, enquanto que para outras ligas, esse tempo deverá ser reduzido ao mínimo possível. As razões desse fenômeno não foram perfeitamente esclarecidas, mas há evidências de que está relacionado com o grau de supersaturação obtido pela solubilização e a subsequente reversão das zonas de GP durante o envelhecimento artiĄcial. Segundo Hunsicker (HUNSICKER et al., 1984), esse fenômeno pode ser eliminado utilizando-se tratamentos de precipitação em dois estágios. O primeiro estágio do envelhecimento desenvolve uma melhor distribuição das zonas de GP, que se mantém estável durante o segundo estágio do envelhecimento.

Geralmente, veriĄca-se um maior aumento nas propriedades de resistência à tra- ção e tensão de escoamento e menor ductilidade no envelhecimento artiĄcial, quando comparadas com aquelas obtidas pelo envelhecimento natural. Assim, por exemplo, uma liga envelhecida na condição T6 apresenta maior resistência mecânica (resistência à tra- ção e tensão de escoamento) e menor ductilidade do que na condição T4 (solubilizada) (ZANGRANDI, 2008).

O tempo e o precipitado adequado para que o material atinja o seu maior nível de dureza é dependente da composição química da liga. Um maior aumento no tempo de envelhecimento da liga 7075, diminui a resistência a tração, tensão de escoamento e dureza. A fase estável Ö (𝑀𝑔𝑍𝑛2) pode ser responsável pelo decaimento de dureza em

uma amostra superenvelhecida (KAÇAR; GÜLERYÜZ, 2015). Em contrapartida, o supe- renvelhecimento pode ser benéĄco pois ele aumenta a resistência à corrosão de algumas ligas (LIU; KLOBES; MAIER, 2011; HAN et al., 2011).

Estudos realizados por Koch e Kolijn (KOCH; KOLIJN, 1979) mostraram uma tendência geral que o ganho em resistência está associado a perda em tenacidade, e que, segundo observações realizadas por vanLeeuwen e colaboradores (VANLEEUWEN; SCHRA; VANDERVET, 1972), os tratamentos térmicos que beneĄciam propriedades de resistência como limite de escoamento e limite de resistência a tração, entram em conĆito com a propagação de trincas por fadiga e tenacidade à fratura.

3.2.3

Sensibilidade à têmpera

A têmpera1 _{é o passo crítico durante o tratamento de solubilização e precipita-}

ção (RADUTOIU et al., 2012; CAVALLI; LUOMA, 2005). Ela deve ser entendida como sendo a Ąxação do estado em alta temperatura da liga a baixas temperaturas (TOTTEN; MACKENZIE, 2003) resultado de um resfriamento rápido.

Todas as ligas de alumínio de alta resistência tratáveis termicamente perdem pro- gressivamente suas habilidades de desenvolver máxima resistência e tenacidade com tra- tamentos de envelhecimento, a medida que as taxas de resfriamento na solubilização de- crescem. Isso ocorre devido à perda de soluto pela precipitação durante a têmpera e partículas que foram nucleadas de forma heterogênea no equilíbrio de fases (TOTTEN; MACKENZIE, 2003). O efeito do tipo de dispersóide na resistência e sensibilidade à têm- pera em ligas 7XXX, é atribuído a sua capacidade de nuclear a fase Ö em temperaturas elevadas. Nas ligas 2X24, o dispersóide 𝐴𝑙20𝐶𝑢3𝑀 𝑛2 nucleia discordâncias na interface

precipitado-matriz durante a têmpera.

De acordo com Kirman (KIRMAN, 1971), para uma liga de alumínio 7075, o efeito das condições do material temperado é signiĄcativo. Corpos de prova temperados a 0 ◇C

e envelhecidos por 24 horas a 120 ◇C tiveram resistências parecidas com aqueles envelhe-

cidos durante 4 horas + 1 hora a 177 ◇C (o último, chamado de Ştwo-step treatmentŤ,

promove uma melhoria nas propriedades de muitas ligas de alumínio quando há divisão do envelhecimento; tópico subsequente). Quando esses mesmos tratamentos são repetidos com corpos de prova temperados a 120 ◇C ao invés de 0 ◇C, há perda na resistência. A

microestrutura temperada a 120 ◇C difere da microestrutura temperada a 0◇C, em que

no primeiro, há uma zona livre de precipitados maior, além de partículas no contorno de grão mais grosseiras.

Nem envelhecendo a baixas temperaturas nem precedendo um tratamento a alta temperatura depois por um de baixa temperatura, tem algum efeito tão signiĄcante na resistência quanto tão rápido for a taxa de resfriamento da liga (TOTTEN; MACKENZIE, 2003; KAÇAR; GÜLERYÜZ, 2015).